KR20140071704A - 모터 전자 변속 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

모터 전자 변속 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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KR20140071704A
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손홍엽
한상훈
이승경
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주식회사 만도
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Abstract

본 발명은 복수의 3상 제어회로와 하나의 릴레이를 이용하여 장치를 단순화함으로써 모터 배선을 줄여 공간 확보에 유리하고 발열을 줄이며 소음을 감소하여 운전자에게 안정한 승차감을 줄 수 있는 모터 전자 변속 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 모터 전자 변속 장치는, 제1 권선과 제2 권선이 직렬 연결되는 U상 권선, 제3 권선과 제4 권선이 직렬 연결되는 V상 권선, 및 제5 권선과 제6 권선이 직렬 연결되는 W상 권선을 구비하고 제2, 제4 및 제6 권선의 종단은 서로 단락되는 모터의 전자 변속을 제어하기 위한 모터 전자 변속 장치로서, 입력 전원을 변환하는 제1 인버터와, 제1 인터버의 3상 출력단과 모터의 U상, V상 및 W상 권선의 일단들과의 사이에 각각 연결되는 제1, 제2 및 제3 릴레이와, 제1 인버터와 병렬 배열되며 3상 출력단이 제2, 제4 및 제6 권선의 타단들에 연결되는 제2 인터버와, 제1 인버터와 제2 인버터를 선택적으로 구동하며, 제1 인버터가 구동될 때 제1, 제2 및 제3 릴레이를 온 구동하거나 제2 인버터가 구동될 때 제1, 제2 및 제3 릴레이를 오프 구동하는 제어부를 포함한다.

Description

모터 전자 변속 장치 및 그 제어 방법{ELECTRIC SPEED CONTROL APPARATUS FOR MOTOR AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 모터 전자 변속 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 복수의 3상 제어회로와 하나의 릴레이를 이용하여 장치를 단순화함으로써 모터 배선을 줄여 공간 확보에 유리하고 발열을 줄이며 소음을 감소하여 운전자에게 안정한 승차감을 줄 수 있는 모터 전자 변속 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
교류전동기는 단상이나 3상 교류 전원으로 운전되며, 가장 널리 사용되고 있는 전동기이다. 교류전동기는 일정한 주파수 전원으로 운전할 때, 대체적으로 정속도를 유지한다. 일정한 주파수 전원을 제공하기 위해, 교류전동기는 전원장치로서 통상 인버터를 구비한다.
또한, 교류전동기는 속도나 토크를 제어하기 위해, 모터 전자 변속 장치를 구비하기도 한다. 교류전동기의 속도를 제어하기 위한 모터 전자 변속 장치의 일례가 일본 공개특허공보 제2010-207010호(3상 교류전동기 구동 시스템)에 개시되어 있다. 또한, 다른 일례로서, 모터 전자 변속 장치로는 도 1에 도시한 바와 같은 야스카와(Yaskawa)의 전자식 릴레이를 이용하는 IPMSM(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)용 모터 구동 장치(2)가 있다.
한편, 종래의 3상 교류전동기 구동 시스템이나 야스카와의 전자식 릴레이를 이용하는 모터 구동 장치(2)는 교류전동기 내 3상 권선의 중성점을 변경하여 고속 및 저속 토크를 조절하도록 구성되므로, 교류전동기 측에서 볼 때, 교류전동기에서 나오는 9개의 배선으로 인하여 교류전동기 주변 회로와 구동 시스템이 복잡하고, 속도나 토크 조절을 위해 권선절체부 내에 다이오드를 사용하므로 발열이 심한 단점이 있다.
일본 공개특허공보 제2010-207010호(2010.09.16)
본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위한 것으로, 모터 배선을 줄여 공간 확보에 유리하고 발열을 줄이며 소음을 감소하여 운전자에게 안정한 승차감을 줄 수 있는 모터 전자 변속 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
본 발명은 복수의 3상 제어회로와 하나의 릴레이를 이용하여 장치를 단순화함으로써 게이트 드라이버나 전류 센서 등의 부품 개수를 줄여 원가를 절감할 수 있는 모터 전자 변속 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 데에 또 다른 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 모터 전자 변속 장치는, 제1 권선과 제2 권선이 직렬 연결되는 U상 권선, 제3 권선과 제4 권선이 직렬 연결되는 V상 권선, 및 제5 권선과 제6 권선이 직렬 연결되는 W상 권선을 구비하고 제2, 제4 및 제6 권선의 종단은 서로 단락되는 모터의 전자 변속을 제어하기 위한 모터 전자 변속 장치로서, 입력 전원을 변환하는 제1 인버터; 제1 인터버의 3상 출력단과 모터의 U상, V상 및 W상 권선의 일단들과의 사이에 각각 연결되는 제1, 제2 및 제3 릴레이; 입력 전원을 변환하고 제1 인버터와 병렬 배열되며 3상 출력단이 제2, 제4 및 제6 권선의 타단들에 연결되는 제2 인터버; 제1 인버터와 제2 인버터를 선택적으로 구동하며, 제1 인버터가 구동될 때 제1, 제2 및 제3 릴레이를 온(ON) 구동하거나 제2 인버터가 구동될 때 제1, 제2 및 제3 릴레이를 오프(OFF) 구동하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 제1 내지 제3 릴레이 각각은, 기계식 릴레이 또는 투웨이 전자식 릴레이인 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 투웨이 전자식 릴레이는, 전류 통과를 위한 내부 보호 다이오드(Protecton Diode)를 구비하는 두 개의 FET(Field Effect Transistor)를 구비하고, 하나의 FET가 제1 방향으로 도통 상태일 때 나머지 하나의 FET의 내부 보호 다이오드를 통해 전류가 흐르도록 배열된 양방향 직류 패스 구조를 가지는 것을 특징으로 한다. 여기서, 내부 보호 다이오드는 제어다이오드일 수 있다.
일 실시예에서, 투웨이 전자식 릴레이는, 두 FET의 소스(Source)와 게이트(Gate)에 각각 연결되는 릴레이 코일을 구비하고, 두 FET의 드레인들은 서로 단락되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 투웨이 전자식 릴레이는, 두 FET 중 어느 하나의 소스(Source)와 게이트(Gate)에 연결되는 릴레이 코일을 구비하고, 두 FET의 소스들은 서로 단락되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 투웨이 전자식 릴레이는, 두 FET 중 적어도 어느 하나의 소스와 게이트에 연결되고 릴레이 코일과 병렬 연결되는 백투백 제너 리미터(Back-to-Back Zener Limiter)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 제어부는, 제1 내지 제3 릴레이를 온 또는 오프 구동하는 릴레이 구동부; 및 릴레이 구동부에 구동전원을 공급하는 릴레이 전원공급부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 모터 전자 변속 장치의 제어 방법은, 제1 권선과 제2 권선이 직렬 연결되는 U상 권선, 제3 권선과 제4 권선이 직렬 연결되는 V상 권선, 및 제5 권선과 제6 권선이 직렬 연결되는 W상 권선을 구비하고 제2, 제4 및 제6 권선의 종단은 서로 단락되는 모터의 전자 변속을 제어하기 위한 모터 전자 변속 장치의 제어 방법으로서, 입력 전원을 변환하는 제1 인버터의 3상 출력단과 모터의 제1의 3상 입력단자 사이에 각각 연결되는 제1, 제2 및 제3 릴레이를 구동하는 릴레이 구동부에서 릴레이 구동부의 입력단에 위치한 캐패시터에 입력 전원을 충전하는 단계; 제1 인버터 및 제2 인버터를 선택적으로 구동하기 위한 제어신호를 릴레이 구동부에 인가하는 단계-여기서, 제2 인버터는 제1 인버터와 병렬 연결되며 입력 전원을 변환하고 3상 출력단이 모터의 제2의 3상 출력단자를 통해 모터의 제2, 제4 및 제6 권선의 타단들에 직접 연결됨-; 릴레이 구동부에서 입력 전원에 대응하는 구동전압을 릴레이에 제공하는 단계; 및 구동전압에 의해 제1 인버터가 구동될 때 릴레이를 온(ON) 구동하거나 제2 인버터가 구동될 때 릴레이를 오프(OFF) 구동하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 모터 배선을 줄여 공간 확보에 유리하고 발열이 적은 반도체 스위치를 이용하여 발열을 줄이고 소음을 감소하여 운전자에게 안정한 승차감을 줄 수 있는 모터 전자 변속 장치 및 그 제어 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 복수의 3상 제어회로와 하나의 릴레이를 이용하여 장치를 단순화함으로써 반도체 스위치와 게이트 드라이버 및 전류 센서의 개수를 줄여 원가 절감을 할 수 있는 모터 전자 변속 장치 및 그 제어 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 야스카와(Yaskawa)의 전자식 릴레이를 이용하는 모터 구동 장치에 대한 회로도.
도 2는 본 발명에 따른 모터 전자 변속 장치의 블록도.
도 3은 도 2의 모터 전자 변속 장치의 실시예에 대한 회로도.
도 4는 도 3의 모터 전자 변속 장치의 작동 원리를 설명하기 위한 파형도.
도 5는 도 3의 모터 전자 변속 장치에 채용할 수 있는 전자식 릴레이의 실시예에 대한 회로도.
도 6은 도 3의 모터 전자 변속 장치에 채용할 수 있는 전자식 릴레이의 다른 실시예에 대한 회로도.
도 7은 도 3의 모터 전자 변속 장치에 채용할 수 있는 릴레이 구동부에 대한 회로도.
도 8은 본 발명에 따른 모터 전자 변속 장치의 제어 방법에 대한 순서도.
본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되므로 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면 복수의 형태를 포함할 수 있다.
실시예
도 2는 본 발명에 따른 모터 전자 변속 장치의 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 모터 전자 변속 장치는 컨버터(10), 제1 인버터(11), 제2 인버터(12), 릴레이(13) 및 제어부(14)를 구비한다.
컨버터(10)는 3상 AC-DC 컨버터로서 3상 입력 교류전원을 전파정류한다. 컨버터(10)의 출력단에는 전파정류된 직류 전압을 안정시키기 위한 캐패시터(C)가 연결된다. 컨버터(10)와 캐패시터(C)는 모터 전자 변속 장치의 전원으로 배터리를 사용하는 경우, 생략가능하다.
제1 인버터(11)는 입력 전원을 변환하여 3상 교류전원을 출력한다. 여기서, 입력 전원은 컨버터(10)에서 출력되는 직류 전원에 대응한다. 제1 인버터(11)의 3상 출력단(U, V, W)은 릴레이(13)의 일단에 연결된다.
제2 인버터(12)는 제1 인버터(11)와 병렬로 연결된다. 제2 인버터(12)는 입력 전원을 변환하여 출력한다. 제2 인버터(12)의 3상 출력단(u, v, w)은 모터(14)의 제2의 3상 입력단자(U2, V2, W2)에 각각 연결된다.
릴레이(14)는 제1 인버터(11)의 3상 출력단(U, V, W)과 모터(15)의 제1의 3상 입력단자(U1, V1, W1) 사이에 연결된다. 릴레이(14)는 3상(U, V, W)을 각각 온/오프 절체하기 위한 제1 내지 제3 릴레이를 구비한다.
제어부(14)는 제1 인버터(11), 제2 인버터(12) 및 릴레이(13)의 동작을 제어한다. 제어부(14)는 제1 인버터(11)에 적어도 하나의 제1 제어신호(S1)를 인가하고, 제2 인버터(12)에 적어도 하나의 제2 제어신호(S2)를 인가하고, 그리고 릴레이 구동부(도 7 참조)에 적어도 하나의 제3 제어신호(S3)를 인가한다. 제어부(14)는 플립플롭을 이용한 논리회로나 마이크로프로세서로 구현될 수 있다.
도 3은 도 2의 모터 전자 변속 장치의 실시예에 대한 부분 회로도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 모터 전자 변속 장치는, 소정의 입력 전원(여기서, B+REL에 대응함)이 인가되는 제1 인버터(11)와 제2 인버터(12), 및 제1 인버터(11)와 모터(15) 사이에 연결되는 릴레이(13)를 구비한다.
제1 인버터(11)는 제1 내지 제6 반도체 스위치(Q1 내지 Q6)를 구비한다. 각 반도체 스위치는 N-채널 증가형 MOSFET으로 구현될 수 있다. 제1 내지 제6 반도체 스위치(Q1 내지 Q6)의 게이트(Gate)에는 제어부로부터 제1 제어신호(S1_U1, S1_U1-1, S1_V1, S1_V1-1, S1_W1, S1_W1-1)가 각각 인가된다.
제1 인버터(11)와 유사하게, 제2 인버터(12)는 제1 내지 제6 반도체 스위치(Q1 내지 Q6)를 구비한다. 각 반도체 스위치는 N-채널 증가형 MOSFET으로 구현될 수 있다. 제1 내지 제6 반도체 스위치(Q1 내지 Q6)의 게이트(Gate)에는 제어부로부터 제2 제어신호(S2_U1, S2_U1-1, S2_V1, S2_V1-1, S2_W1, S2_W1-1)가 각각 인가된다.
제2 인버터(12)의 U상 출력단(u)은 모터(15)의 제2의 3상 입력단자 중 U상 입력단자(U2)에 직접 입력되고, 제2 인버터(12)의 V상 출력단(v)은 모터(15)의 제2의 3상 입력단자 중 V상 입력단자(V2)에 직접 입력되며, 제2 인버터(12)의 W상 출력단(w)은 모터(15)의 제2의 3상 입력단자 중 W상 입력단자(W2)에 직접 입력된다.
릴레이(13)는 제1 릴레이(SW1), 제2 릴레이(SW2) 및 제3 릴레이(SW3)를 구비한다. 제1 릴레이(SW1)는 릴레이(13)의 구동 시에 제1 인버터(11)의 U상 출력단(U)과 모터(15)의 제1의 3상 입력단자 중 U상 입력단자(U1) 간에 전류가 흐르도록 이들 사이에 연결되어 온(ON) 구동된다. 제1 릴레이(SW1)의 경우와 유사하게, 제2 릴레이(SW2)는 제1 인버터(11)의 V상 출력단(V)과 모터(15)의 V상 입력단자(V1) 사이에 연결되고, 제3 릴레이(SW3)는 제1 인버터(11)의 W상 출력단(W)과 모터(15)의 W상 입력단자(W1) 사이에 연결된다.
본 실시예에 있어서, 모터(15)는 제1 권선(L1)과 제2 권선(L2)이 직렬 연결되는 U상 권선, 제3 권선(L3)과 제4 권선(L4)이 직렬 연결되는 V상 권선, 및 제5 권선(L5)과 제6 권선(L6)이 직렬 연결되는 W상 권선을 구비한다. 여기서, 제2, 제4 및 제6 권선(L2, L4, L6)의 종단(N)은 서로 단락된다.
도 4는 도 3의 모터 전자 변속 장치의 작동 원리를 설명하기 위한 파형도이다.
도 4를 참조하면, 제어부(14)로부터의 제1 제어신호가 제1 인버터(11)에 인가되고, 제어부(14)로부터의 제3 제어신호가 릴레이 구동부에 인가되면, 제1 인버터(11)는 입력 전원(직류 전원)을 3상 교류전원으로 인버팅하여 3상 출력단(U, V, W)으로 출력한다. 제1 인버터(11)의 3상 출력단에서 출력되는 3상 교류전원은 도통 상태인 릴레이(13)를 경유하여 모터(15)의 제1의 3상 입력단자(U1, V1, W1)에 인가된다. 여기서, 제2 인버터(12)는 제어부(14)의 제어에 의해 상기의 저속 모드에서 인버팅 동작을 하지 않는다.
한편, 기어 변속 등과 같이 모터의 속도나 토크를 변경하기 위한 신호 입력이 제어부(14)에 인가되면, 제어부(14)는 소정 시간(t1)에 모터(15)의 속도나 토크를 제어하기 위한 제어 동작을 수행한다. 본 실시예에서, 제어부(14)는 특정 시점(t1)에서 모터 구동 모드를 저속 모드에서 고속 모드로 변환하도록 동작한다. 이러한 제어부의 제어 동작은 제2 인버터(12)에 제2 제어신호를 인가하고, 제1 인버터(11)에 대한 제1 제어신호의 인가를 중지하고, 릴레이 구동부에 대한 제3 제어신호의 인가를 중지하는 것에 대응한다. 릴레이 구동부에 대한 제3 제어신호의 인가를 중지하는 것은 제어부가 릴레이를 비활성화하기 위한 제3 제어신호를 릴레이 구동부에 인가하는 것을 포함할 수 있다.
제2 제어신호가 제2 인버터(12)에 인가되면, 제2 인버터(12)는 입력 전원을 3상 교류전원으로 인버팅하여 3상 출력단(u, v, w)으로 출력한다. 제2 인버터(12)의 3상 출력단에서 출력되는 3상 교류전원은 릴레이(13)를 바이패스하여 모터(15)의 제2의 3상 입력단자(U2, V2, W2)에 직접 인가된다.
전술한 구성에 의하면, 모터(15)는 제1 시간 동안 제1 속도 또는 제1 토크의 저속 모드로 동작하다가 제어부의 제어에 응하여 제2 시간 동안 제1 속도보다 빠른 제2 속도 또는 제1 토크보다 작은 제2 토크의 고속 모드로 동작할 수 있다.
도 5는 도 3의 모터 전자 변속 장치에 채용할 수 있는 전자식 릴레이의 실시예에 대한 회로도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 전자식 릴레이(141)는 투웨이(2Way) 전자식 릴레이로서 전술한 제1 내지 제3 릴레이 중 어느 하나에 대응할 수 있다.
전자식 릴레이(141)는 소스(Source), 드레인(Drain) 및 게이트(Gate)를 각각 구비하는 제1 트랜지스터(FET1)와 제2 트랜지스터(FET2)를 구비한다. 제1 및 제2 트랜지스터(FET1, FET2)는 전류 통과를 위한 내부 보호 다이오드(Protection Diode)를 구비하는 FET(Field Effect Transistor)로 구현된다. 보다 바람직하게, 제1 및 제2 트랜지스터(FET1, FET2)는 N-채널 증가형 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)로 구현될 수 있다. 내부 보호 다이오드는 제어 다이오드(Zener Diode)일 수 있다.
전자식 릴레이(141)는 제1 및 제2 트랜지스터(FET1, FET2)의 소스와 게이트 간에 각각 연결되는 릴레이 코일(RK1, RK2)을 구비한다. 제1 및 제2 트랜지스터(FET1, FET2)의 드레인들은 서로 단락된다. 릴레이 구동부(도 7 참조)로부터의 구동전원은, 제1 다이오드(D1)를 통해 제1 트랜지스터(FET1)의 게이트에 인가되고, 제2 다이오드(D2)를 통해 제2 트랜지스터(FET2)의 게이트에 인가된다. 여기서, 구동전원에 의한 구동전압은 B+REL+15V로 설정될 수 있고, Vo는 전자식 릴레이(141)의 출력단을 나타낸다.
전술한 구성에 의한 전자식 릴레이(141)는, 하나의 트랜지스터(FET1 또는 FET2)가 제1 방향으로 도통 상태일 때 나머지 하나의 트랜지스터의 내부 보호 다이오드를 통해 전류가 흐르도록 배열된 양방향 직류 패스 구조를 구비한다.
양방향 직류 패스 구조를 이용하면, 입력 전원으로서 배터리를 이용하는 경우, 배터리 측의 전압이 모터의 구동 전압보다 높은 때는 배터리 전원을 모터에 공급하고, 배터리 측의 전압이 모터의 전압보다 낮을 때 모터의 회생 전원에 의해 배터리를 충전할 수 있다.
또한, 전자식 릴레이(141)는 제1 및 제2 트랜지스터(FET1, FET2) 각각의 소스와 게이트 사이에 백투백 제너 리미터(Back-to-Back Zener Limiter)를 구비할 수 있다. 한 쌍의 백투백 제너 리미터(DK1과 DK2, DK3과 DK4)는 한 쌍의 릴레이 코일(RK1, RK2)과 각각 병렬 연결된다. 백투백 제너 리미터(DK1과 DK2, DK3과 DK4)는 전자식 릴레이(141)에서 전류가 원하지 않는 방향(반대 방향)으로 흘러 릴레이가 구동함으로써 모터가 오동작하는 것을 방지하기 위한 것이다.
도 6은 도 3의 모터 전자 변속 장치에 채용할 수 있는 전자식 릴레이의 다른 실시예에 대한 회로도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 전자식 릴레이(141m)는 투웨이(2Way) 전자식 릴레이로서 전술한 제1 내지 제3 릴레이(SW1, SW2, SW3) 중 어느 하나에 대응할 수 있다.
전자식 릴레이(141m)는 소스(Source), 드레인(Drain) 및 게이트(Gate)를 각각 구비하는 제1 트랜지스터(FET1)와 제2 트랜지스터(FET2)를 구비한다. 제1 및 제2 트랜지스터(FET1, FET2)의 각 소스와 게이트 간에는 하나의 릴레이 코일(RK1)이 연결된다. 제1 및 제2 트랜지스터(FET1, FET2)의 소스들은 서로 단락된다. 그리고, 릴레이 구동부(도 7 참조)로부터의 구동전원은, 다이오드(D)를 통해 제1 트랜지스터(FET1)의 게이트와 제2 트랜지스터(FET2)의 게이트에 인가된다.
또한, 전자식 릴레이(141m)는 제1 및 제2 트랜지스터(FET1, FET2)의 소스와 게이트 사이에 연결되고 릴레이 코일(RK1)과 병렬 연결되는 백투백 제너 리미터(DK1과 DK2)를 구비한다.
도 7은 도 3의 모터 전자 변속 장치에 채용할 수 있는 릴레이 구동부에 대한 회로도이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 릴레이 구동부(142)는 릴레이 전원공급부(미도시)로부터의 기준 전압(Vm 등)과, 컨버터에서 전파전류된 직류 전원이나 별도의 배터리 전원(B+REL 등)을 더한 구동전원을 릴레이 구동부(142)의 입력단에 위치하는 캐패시터(Cm)에 저장한다. 캐패시터(Cm)에 저장되는 구동전압은 릴레이 구동부(142)의 트랜지스터(Qm)의 제1 단자에 인가되는 전압에 대응한다.
본 실시예에서, 트랜지스터(Qm)는 릴레이 구동부(142)의 고전위측(High Side) 배선을 단속 또는 절체하기 위해 배치된 것이며, 구동전압은 B+REL+15V로 설정되어 있다.
또한, 릴레이 구동부(142)는 제어부(14)의 제3 제어신호(S3)에 따른 트랜지스터(Qm)의 동작에 의해 릴레이(13)를 개폐하기 위한 구동전압을 릴레이(13)에 제공한다. 릴레이(13)에 구비되는 제1 내지 제3 릴레이를 각각 구동하기 위하여 릴레이 구동부(142)는 세 개의 제1 내지 제3 릴레이 구동부로 각각 구현될 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 모터 전자 변속 장치의 제어 방법의 순서도이다.
설명에 앞서, 모터는 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 제1의 3상 입력단자(U1, V1, W1)와 제2의 3상 입력단자(U2, V2, W2)를 구비한다. 모터의 3상 입력단자들은 설명의 편의상 입력단자로 언급되지만 회생 제동의 경우 전류를 출력하는 출력단자의 기능을 수행할 수 있다. 또한, 모터는 제1 권선과 제2 권선이 직렬 연결되는 U상 권선, 제3 권선과 제4 권선이 직렬 연결되는 V상 권선, 및 제5 권선과 제6 권선이 직렬 연결되는 W상 권선을 구비하고, 제2, 제4 및 제6 권선의 종단은 서로 단락된다.
도 8을 참조하여 본 발명에 다른 모터 전자 변속 장치의 제어 방법을 설명하면 다음과 같다.
우선, 릴레이 구동부는 입력단에 위치한 캐패시터(Cm)에 입력 전원을 충전한다(S81).
본 단계(S81)에서, 릴레이 구동부는 입력 전원을 변환하는 제1 인버터의 3상 출력단과 모터의 제1의 3상 입력단자 사이에 각각 연결되는 제1, 제2 및 제3 릴레이 중 적어도 어느 하나를 구동하기 위한 것이다. 입력 전원은 브리지 다이오드에 의해 전파전류된 직류 전원이나 별도의 배터리 전원에서 공급되는 전압과 릴레이 전원공급부(미도시)에서 공급되는 기준전압을 더한 구동전압을 구비하며, 이 구동전압은 릴레이 구동부의 트랜지스터(Qm)의 고전위측(High Side)의 전압에 대응한다.
다음, 제어부는 운전자 측으로부터의 입력 신호에 응하여 제1 인버터 및 제2 인버터를 선택적으로 구동하기 위한 제어신호를 릴레이 구동부에 인가한다(S82). 제2 인버터는 제1 인버터와 병렬 배열되며 입력 전원을 변환하고 3상 출력단이 모터의 제2, 제4 및 제6 권선의 타단들에 직접 연결된다. 제어신호는 모터의 동작 모드를 선택하기 위한 모터 모드 선택 신호에 대응한다.
다음, 릴레이 구동부는 제어부의 제어신호에 응하여 트랜지스터(Qm)를 온 동작시킴으로써 구동전압을 릴레이에 제공한다(S83).
다음, 릴레이는 구동전압에 응하여 제1 인버터가 구동될 때 릴레이를 온(ON) 구동하거나, 제2 인버터가 구동될 때 릴레이를 오프(OFF) 구동한다(S84).
전술한 모터 전자 변속 장치 및 그 제어 방법에 의하면, 복수의 3상 제어회로와 하나의 릴레이를 이용하여 장치를 단순화함으로써 모터 배선을 줄여 공간 확보에 유리하고 발열을 줄이며 소음을 감소하여 운전자에게 안정한 승차감을 줄 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경, 치환, 수정이 가능할 것이며, 이러한 변경, 치환, 수정 등은 본 발명의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 제1 권선과 제2 권선이 직렬 연결되는 U상 권선, 제3 권선과 제4 권선이 직렬 연결되는 V상 권선, 및 제5 권선과 제6 권선이 직렬 연결되는 W상 권선을 구비하고 상기 제2, 제4 및 제6 권선의 종단은 서로 단락되는 모터의 전자 변속을 제어하기 위한 모터 전자 변속 장치에 있어서,
    입력 전원을 변환하는 제1 인버터;
    상기 제1 인터버의 3상 출력단과 상기 모터의 U상, V상 및 W상 권선의 일단들과의 사이에 각각 연결되는 제1, 제2 및 제3 릴레이;
    상기 제1 인버터와 병렬 배열되며 상기 입력 전원을 변환하고 3상 출력단이 상기 모터의 제2, 제4 및 제6 권선의 타단들에 연결되는 제2 인터버; 및
    상기 제1 인버터와 상기 제2 인버터를 선택적으로 구동하며, 상기 제1 인버터가 구동될 때 상기 제1, 제2 및 제3 릴레이를 온(ON) 구동하거나 상기 제2 인버터가 구동될 때 상기 제1, 제2 및 제3 릴레이를 오프(OFF) 구동하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 전자 변속 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 릴레이 각각은, 기계식 릴레이 또는 투웨이 전자식 릴레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 전자 변속 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 투웨이 전자식 릴레이는, 전류 통과를 위한 내부 보호 다이오드(Protecton Diode)를 구비하는 두 개의 FET(Field Effect Transistor)를 구비하고, 하나의 FET가 제1 방향으로 도통 상태일 때 나머지 하나의 FET의 내부 보호 다이오드를 통해 전류가 흐르도록 배열된 양방향 직류 패스 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 모터 전자 변속 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 내부 보호 다이오드는 제어다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 전자 변속 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 투웨이 전자식 릴레이는, 상기 두 FET의 소스(Source)와 게이트(Gate)에 각각 연결되는 릴레이 코일을 구비하고, 상기 두 FET의 드레인들은 서로 단락되는 것을 특징으로 하는 모터 전자 변속 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 투웨이 전자식 릴레이는, 상기 두 FET 중 어느 하나의 소스(Source)와 게이트(Gate)에 연결되는 릴레이 코일을 구비하고, 상기 두 FET의 소스들은 서로 단락되는 것을 특징으로 하는 모터 전자 변속 장치.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 투웨이 전자식 릴레이는 상기 두 FET 중 적어도 어느 하나의 소스와 게이트에 연결되고, 상기 릴레이 코일과 병렬 연결되는 백투백 제너 리미터(Back-to-Back Zener Limiter)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 모터 전자 변속 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제1 내지 제3 릴레이를 구동하는 릴레이 구동부; 및 상기 릴레이 구동부에 구동전원을 공급하는 릴레이 전원공급부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 전자 변속 장치.
  9. 제1 권선과 제2 권선이 직렬 연결되는 U상 권선, 제3 권선과 제4 권선이 직렬 연결되는 V상 권선, 및 제5 권선과 제6 권선이 직렬 연결되는 W상 권선을 구비하고 상기 제2, 제4 및 제6 권선의 종단은 서로 단락되는 모터에 연결되어 상기 모터의 전자 변속을 제어하기 위한 모터 전자 변속 장치의 제어 방법에 있어서,
    입력 전원을 변환하는 제1 인버터의 3상 출력단과 상기 모터의 제1의 3상 입력단자 사이에 연결되는 릴레이를 구동하는 릴레이 구동부에서 상기 릴레이 구동부의 입력단에 위치한 캐패시터에 입력 전원을 충전하는 단계;
    상기 제1 인버터 및 제2 인버터를 선택적으로 구동하기 위한 제어신호를 상기 릴레이 구동부에 인가하는 단계-여기서, 상기 제2 인버터는 상기 제1 인버터와 병렬 연결되며 상기 입력 전원을 변환하고 3상 출력단이 상기 모터의 제2의 3상 출력단자를 통해 상기 제2, 제4 및 제6 권선의 타단들에 직접 연결됨-;
    상기 릴레이 구동부에서 상기 입력 전원에 대응하는 구동전압을 릴레이에 제공하는 단계; 및
    상기 구동전압에 의해 상기 제1 인버터가 구동될 때 상기 릴레이를 온(ON) 구동하거나, 상기 제2 인버터가 구동될 때 상기 릴레이를 오프(OFF) 구동하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 전자 변속 장치의 제어 방법.
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